InstrumExpert Communauté des Instrumentistes Forum d'entraide pour les ingénieurs instrumentistes

Bonjour, Je suis étudiant (stagiaire) en Génie Chimique à l'Université Paul Sabatier (Toulouse) et mon objectif est de changer les 3 vannes automatiques d'une installation de distillation discontinue (refroidissement, chauffe et reflux) mais un problème se pose sur la vanne de reflux : le débit est de 25 L/h maximum pour un DN 15 mm. Mon tuteur de stage voudrait éviter de changer la stratégie de régulation du reflux (pompe doseuse ou vanne TOR que l'on ouvre à intervalle régulier) car il faudrait changer une partie de l'installation, ce qui nécessiterait le montage d'un échafaudage... Et souhaite donc seulement effectuer un changement de vanne. - La vitesse dans les tuyaux étant très faible (4 cm/s max), est-ce que le montage d'une petite vanne dont le Kvs conviendrait par calcul (=0.1 avec siège de 3 mm) serait adaptée pour cette régulation ? - Est-ce que cette vitesse de 4 cm/s dans les canalisations peut nuire à la régulation si la vitesse au clapet-siège de la vanne est d'environ 1 m/s ? PS : la vanne installée actuellement possède un Kvs de 4, soit 59x trop grande, ce qui rend la régulation du reflux impossible. Merci d'avance pour vos réponses. N'hésitez-pas à me poser des questions si besoin, je tâcherais d'y répondre au plus vite. Cordialement, Damien.

Bjr Damien, Quelles sont les pressions et notamment la perte de charge (existante ou recherchée) au niveau de cette vanne ? Cette donnée est nécessaire pour vérifier le dimensionnement et définir le degré d'ouverture d'une vanne de régulation. Bien cdlt.

bonjour Damien, voici mes questions: 1) ouverture mini et maxi de la vanne actuelle ? 2) caractéristique de cette vanne, type et fabricant ? 3) répartition des pertes de charge par friction entre la vanne et la ligne ? si non connues, envoyez un schéma hydraulique avec diamètres intérieurs, longueurs, caractéristiques physiques du fluide, débits. Un schéma P&ID simplifié à l'appui serait le bienvenu. 4) quel est le type de régulation du reflux ? cordialement Pascal Flanquart

Bonjour, Merci pour vos réponses :) Excusez moi pour ce long message, j'essai d'être le plus précis possible. 1) Concernant la vanne actuelle, lors du dernier test le débit max relevé (signal de commande à 100%) est d'environ 25 L/h. Cependant, le débit ne varie pas jusqu'à 8% de ce signal. Il diminue jusqu'à 18 L/h à 5.5%... puis à 5.3% le débit est nul. 2) C'est une vanne Sauter V6R (vanne de passage taraudée) en acier inox, PN16, DN15, kv=4 couplée à un servomoteur AV43P15 et un positionneur XPS31 : http://www.sauter.fr/pdm/docs/fr_ds_fr464175.pdf http://www.sauter.fr/pdm/docs/fr_ds_fr555379.pdf http://www.sauter.fr/pdm/docs/fr_ds_fr555322.pdf 3) Concernant le fluide et les pertes de charges : - Fluide : éthanol 80% massique, T°=100°C max, d=0.749 (à 100°C), 25 L/h max - Tubes : Acier inox 304L DN15 (15mm intérieur / 21.3mm extérieur) - Les pertes de charges dues à la vitesse sont négligeable. Le pot et la colonne sont tous deux à Patm. La différence de hauteur (2m) est la seule cause à l'écoulement. - Du pot à la colonne, il y a 8/10 mètres de canalisations, 3 coudes 90° arrondis et (donc) une vanne automatique. - Le calcul du Renolds nous donne des valeur très petite : 1700 pour un débit maximum, on est donc largement en écoulement laminaire (< 3000). - Voici un schéma simplifié de cette partie de l'installation : http://nsa33.casimages.com/img/2013/04/22/130422014920763877.png - Et voici le schéma complet de l'installation (meilleure qualité possible, faute de scanner) : http://nsa33.casimages.com/img/2013/04/22/130422015434620446.png 4) Régulation du reflux : - Si la vanne est grande ouverte, tout le distillat retourne dans la colonne (reflux maximum). - Si au contraire la vanne est fermée, le niveau monte dans le pot au dessus et par trop plein, le fluide part dans le réservoir de recette. On joue sur l'ouverture de vanne pour faire varier la part du distillat renvoyée dans la colonne. > Les calculs du kv me donne un kv = 0.068 à pleine ouverture ; 0.088 pour un fonctionnement normal. Merci encore pour votre aide ^^ Cordialement, Damien.

Bjr Damien, Votre question concerne le dimensionnement de la vanne ou de toute l'installation ? (les pertes de charges des tuyauteries... c'est un autre problème) Quelle sont les delta P au niveau de la vanne (prises en compte dans le calcul des Kv) ? Je précise à nouveau : Les valeurs des delta P sont nécessaires pour vérifier son dimensionnement et définir les différents degrés d'ouverture. Bien cdlt.

Bonjour Christian, Cela concerne seulement le dimensionnement de la vanne. La dP prise en compte pour le calcul du Kv est de 0.15 bar. Cordialement, Damien.

bonjour Damien,

Merci pour toutes info; voici mes conclusions:

1) Kv nouvelle vanne Selon les ouvertures actuelles, la caractéristique de la vanne est EP (égal pourcent), confirmé par le modèle complet de la vanne ( ..... F300, selon doc).

On en déduit les Kv aux ouvertures:

OUV en % 8 5.5 Kv 0.108 0.099

Détails des calculs : Qm=K*Kv0*f(S)*racine carrée de (DP*Ro) avec : Qm débit massique dans la vanne, Ro masse volumique K constante Kv0 = Kv vanne grande ouverte S = ouverture, 0<=S<=1 f(S) = S si caractéristique linéaire, =R puissance (S-1) si caractéristique EP R= rapport de réglage (rangeabilité) égal à 50 selon doc DP= delta P dans la vanne Le Kv de la nouvelle vanne doit être > 0.108 ;

il faut prendre une marge pour éviter l’ouverture en grand (perte de contôle) et pour pallier aux incertitudes sur les données de calcul (ouverture et débit) ;

je recommenderais 2 fois 10% , soit Kv >= 0.13 ;

j’opterais pour Kv=0.13 si la caractéristique est linéaire, 0.15 si elle est EP.

2) stratégie de régulation Il n’y a aucune modification à faire, à part bien sûr les valeurs d’ouverture ; avant, elles étaient dans l’intervalle [0, 8.8] en %, maintenant elles seront dans l’intervalle [0,92] (pour Kv=0.15 et avec R=50, caractéristique EP).

Cordialement

Pascal Flanquart

Logiciels, Instrumentation, Procédés

Bonjour Pascal, Merci pour ces calculs, cela correspond environ à mon dimensionnement. Voici d'ailleurs ma méthode de calcul (en suivant mon cours d'instrumentation et de mécaflu à la lettre) : Kv = C . Qv . rc( d / dP ) (Pour une hauteur de 2m) dP = rho . g . (h1-h2) dP = 749 x 9.81 x 2 = 147 mbar (arrondi a 150) Qv = 0.025 m3/h d = 0.749 C = coefficient à appliquer en fonction de la caractéristique de la vanne pour simuler le fait qu'on ne régule pas a 100% d'ouverture : (linéaire : C = 1.25 ; =% : C = 1.5) Donc : Kv = 1.5 x 0.025 x rc( 0.749 / 0.15) = 0.0838. On cherche ensuite dans une doc constructeur une vanne dont le Kv serait égal ou juste supérieur, ce qui est 0.1 chez SART Von Rohr. Si je prend en compte tes calcul, le Kvs proposé serait de 0.16. Cordialement, Damien.

Bonjour, Je viens de voir que j'ai par mégarde utilisé la seconde personne du singulier dans mon précédent message, veuillez m'excuser pour ce tutoiement qui n'a pas sa place ici. Et merci encore pour votre aide. Cordialement, Damien.

bonjour Damien,

Juste ces dernières remarques:

1) la formule de calcul du Kv ne prend pas en compte le flash ou la cavitation qui sont très probables à la sortie d'un condenseur; le calcul qui utilise les ouvertures existantes, prend en compte implicitement ces phénomènes

2) si la régulation qui agit sur la vanne de reflux est un régulateur PID ou autre (dont on change la consigne en fonction de l'avancement du batch), il est recommandé d'avoir une vanne de caractéristique linéaire car toute la delta P du système (vapeur départ colonne - liquide retour colonne) est dans la vanne; une caractéristique EP va introduire des non linéarités dans la boucle et donc difficultés potentielles de réglage.

3) Y pas pour de souci pour le tutoiement bonne continuation de stage

cordialement

Pascal Flanquart

Logiciels, Instrumentation, Procédés